Procesor Raspberry PI Vision (SpartaCam): 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Systém procesoru vidění Raspberry PI pro vašeho robota FIRST Robotics Competition

O PRVNÍM

Z Wikipedie, encyklopedie zdarma

FIRST Robotics Competition (FRC) je mezinárodní soutěž robotiky na střední škole. Týmy studentů středních škol, trenérů a mentorů každý rok během šestitýdenního období staví roboty na hraní her, které váží až 54 liber. Roboti plní úkoly, jako je vkládání míčků do branek, létání kotoučů do branek, duše na stojany, zavěšení na tyče a vyvažování robotů na kladinách. Hra se spolu s požadovanou sadou úkolů každoročně mění. Týmy dostávají standardní sadu dílů, ale mají také rozpočet a jsou vybízeny k nákupu nebo výrobě specializovaných dílů.

Letošní hra (2020) INFINITE RECHARGE. Hra Infinite Recharge zahrnuje dvě aliance po třech týmech, přičemž každý tým ovládá robota a plní konkrétní úkoly na poli, aby získal body. Tato hra se soustředí na futuristické městské téma zahrnující dvě aliance složené ze tří týmů, z nichž každý soutěží o plnění různých úkolů, včetně střílení pěnových míčků známých jako Power Cells do vysokých a nízkých cílů pro aktivaci generátoru štítu, manipulace s ovládacím panelem pro aktivaci tohoto štítu, a návrat do generátoru štítu, aby na konci zápasu zaparkoval nebo vylezl. Cílem je energizovat a aktivovat štít, než zápas skončí a asteroidy zasáhnou FIRST City, futuristické město po vzoru Hvězdných válek.

Co dělá procesorový systém Raspberry PI vision?

Kamera bude schopna naskenovat hrací pole a cílová místa, kde jsou dodány herní kousky nebo které je třeba umístit pro bodování. Sestava má 2 připojení, napájení a ethernet.

Zorné cíle na hřišti jsou obkresleny reflexní páskou a světlo se bude odrážet zpět do objektivu fotoaparátu. Pi s otevřeným zdrojovým kódem od Chameleon Vision (https://chameleon-vision.readthedocs.io/en/latest/…) zpracuje pohled, zvýrazní jej, přidá překryvné obrázky a výstupní rozteč, zatáčení, obrys a polohu jako hodnoty pole seřazené podle x a y v metrech a úhlu ve stupních spolu s dalšími daty prostřednictvím tabulky sítě. Tyto informace budou použity v softwaru k ovládání našeho robota v autonomním režimu a také k míření a střelbě z naší střelecké věže. Na Pi lze provozovat i jiné softwarové platformy. FRC vision lze nainstalovat, pokud váš tým již investoval čas softwaru do této platformy.

Náš rozpočet byl letos napjatý a nákup kamery Limelight za 399,00 $ (https://www.wcproducts.com/wcp-015) nebyl na kartách. S využitím veškerého spotřebního materiálu od Amazonu a pomocí 3D tiskárny Team 3512 Spartatroniks jsem dokázal zabalit vlastní systém vidění za 150,00 USD. Některé položky přišly hromadně, vybudování druhého koprocesoru by vyžadovalo pouze další Raspberry Pi, PI kameru a ventilátor. S pomocí CAD od jednoho z týmových mentorů (děkuji Matte) byla skříň PI vytvořena pomocí Fusion 360.

Proč prostě nepoužít Pi s levnou skříní, zapojit USB kameru, přidat prstencové světlo, nainstalovat Chameleon vision a hotovo, že? Chtěl jsem více výkonu a méně kabelů a chladicí faktor vlastního systému.

Pi 4 používá 3 ampéry, pokud běží s plným otvorem, to znamená, že používá většinu svých portů a wifi a běží na displeji. Neděláme to na našich robotech, ale USB porty na roboRIO https://www.ni.com/en-us/support/model.roborio.ht… jsou dimenzovány na 900 ma, modulátor regulátoru napětí (VRM)) 5 voltů dodává špičku až 2 ampéry, limit 1,5 ampéru, ale je to sdílený konektor, takže pokud je na 5voltové sběrnici jiné zařízení, existuje možnost vypnutí. VRM také dodává 12 voltů při 2 ampérech, ale používáme obě připojení k napájení našeho rádia pomocí kabelu POE a sudového připojení pro redundanci. Někteří inspektoři FRC nedovolí, aby tam bylo zapojeno nic jiného než to, co je vytištěno na VRM. Takže 12 V z PDP na 5 A jističi je místo, kde je třeba napájet Pi.

12 voltů je dodáváno přes 5 A jistič na panelu distribuce energie (PDP), je převeden na 5,15 voltů pomocí LM2596 DC to DC Buck Converter. Převodník Buck dodává 5 voltů při 3 ampérech a zůstává v regulaci až do vstupu 6,5 voltů. Tato 5voltová sběrnice pak poskytuje napájení 3 subsystémům, LED kruhovému poli, ventilátoru, Raspberry Pi.

Zásoby

• 6 Pack LM2596 DC to DC Buck Converter 3.0-40V to 1.5-35V Power Supply Module (6 Pack) $ 11.25
• Noctua NF-A4x10 5V, tichý ventilátor Premium, 3pinový, 5V verze (40x10mm, hnědá) 13,95 $
• Karta SanDisk Ultra 32 GB microSDHC UHS-I s adaptérem-98 MB/s U1 A1-SDSQUAR-032G-GN6MA 7,99 $
• Modul kamery Raspberry Pi V2-8 megapixelů, 1080p 428,20
• Chladič GeeekPi Raspberry Pi 4, 20ks hliníkový chladič Raspberry Pi s tepelně vodivou lepicí páskou pro Raspberry Pi 4 Model B (deska Raspberry Pi není součástí balení) 7,99 $
• Raspberry Pi 4 Model B 2019 Quad Core 64 Bit WiFi Bluetooth (4 GB) $ 61,96
• (Balení 200 kusů) Tranzistor 2N2222, tranzistor 2N2222 až 92 NPN 40V 600mA 300MHz 625mW průchozí otvor 2N2222A 6,79 $
• EDGELEC 100ks 100 ohmový rezistor 1/4w (0,25 Watt) ± 1% tolerance kovový filmový pevný odpor 5,69 $ https://smile.amazon.com/gp/product/B07QKDSCSM/re… Waycreat 100PCS 5mm zelená LED diodová světla Jasně vyzařující LED pro Vysoce intenzivní žárovky se super jasným osvětlením Součásti elektroniky Světelné diody $ 6,30
• J-B Weld Plastic Bonder 5,77 $

Krok 1: Prototyp 1

První test v balení:

Tým měl Pi 3 z předchozího roku, který byl k dispozici k testování. Byla přidána pi kamera, DC-DC buck/boost obvod a kruhové světlo Andymark.

V tuto chvíli jsem o Pi 4 neuvažoval, takže jsem si nedělal starosti s napájecími potřebami. Napájení bylo dodáváno přes USB z roboRIO. Kamera se vešla do pouzdra bez úprav. Kruhové světlo bylo za horka nalepeno na krytu pouzdra a připojeno k posilovací desce. Posilovací deska se zapojila do portů GPIO 2 a 6 na 5 voltů a výstup byl upraven až na 12 voltů pro spuštění kruhu. Uvnitř pouzdra nebyl prostor pro posilovací desku, takže byl také za tepla přilepený zvenčí. Software byl nainstalován a testován pomocí cílů z herního roku 2019. Softwarový tým dal palec nahoru, takže jsme si objednali Pi 4, chladiče a ventilátor. A když jsme tam byli, byla skříň navržena a vytištěna 3d.

Krok 2: Prototyp 2

Vnitřní rozměry skříně byly v pořádku, ale umístění portů bylo odsazeno, nikoli zátka.

To bylo dokončeno těsně po odhalení nové hry, aby software mohl testovat proti novým cílovým místům.

Dobré zprávy a špatné zprávy. Prstencový světelný výkon nebyl dostačující, když jsme byli více než 15 stop od cíle, takže čas na přehodnocení osvětlení. Protože byly nutné změny, považuji tuto jednotku za prototyp 2.

Krok 3: Prototyp 3

Prototyp 2 byl ponechán pohromadě, aby software mohl nadále vylepšovat jejich systém. Mezitím byl nalezen další Pi 3 a já jsem dláždil další testovací lůžko. To mělo Pi3, USB lifecam 3000 přímo připájený k desce, boost převodník a ručně pájené diodové pole.

Opět dobré zprávy, špatné zprávy. Pole by mohlo rozsvítit cíl ze vzdálenosti 50+stop, ale ztratilo by cíl, pokud by byl úhel větší než 22 stupňů. S touto informací by mohl být vytvořen konečný systém.

Krok 4: Konečný produkt

Prototyp 3 měl 6 diod přibližně 60 stupňů od sebe a směřujících přímo před sebe.

Konečnými změnami bylo přidání 8 diod rozmístěných 45 stupňů od sebe kolem čočky se 4 diodami směřujícími dopředu a 4 diodami vyklopenými o 10 stupňů, což poskytuje zorné pole 44 stupňů. To také umožňuje montáž skříně na robota svisle nebo vodorovně. Byl vytištěn nový kryt se změnami, aby vyhovoval Pi 3 nebo Pi 4. Čelo krytu bylo upraveno pro jednotlivé diody.

Testování neprokázalo žádné problémy s výkonem mezi Pi 3 nebo 4, takže byly vytvořeny otvory skříně, které umožňují instalaci buď Pi. Byly odstraněny zadní montážní body a výfukové otvory v horní části kopule. Použití Pi 3 dále sníží náklady. Pi 3 běží chladněji a spotřebovává méně energie. Nakonec jsme se rozhodli použít PI 3 pro úsporu nákladů a softwarový tým chtěl použít nějaký kód, který by běžel na Pi 3, který nebyl aktualizován pro Pi 4.

Importujte STL do kráječe 3D tiskáren a můžete vyrazit. Tento soubor je v palcích, takže pokud máte kráječ jako Cura, pravděpodobně budete muset část změnit na %2540, abyste jej převedli na metriku. Pokud máte Fusion 360, můžete soubor.f3d upravit podle svých vlastních potřeb. Chtěl jsem zahrnout soubor.step, ale instructables nedovolí nahrávání souborů.

Potřebné základní nástroje:

• Odstraňovače drátů
• Kleště
• Páječka
• Smršťovací bužírky
• Nůžky na drát
• Bezolovnatá pájka
• Flux
• Pomocné ruce nebo kleště
• Horkovzdušná pistole

Krok 5: Zapojení diodového pole

Bezpečnostní upozornění:

Páječka Nikdy se nedotýkejte prvku páječky….400 ° C! (750 ° F)

Držte dráty určené k ohřevu pinzetou nebo svorkami.

Během používání udržujte čisticí houbu mokrou.

Pokud páječku nepoužíváte, vždy ji vraťte na její místo.

Nikdy jej nepokládejte na pracovní stůl.

Pokud jednotku nepoužíváte, vypněte ji a odpojte ze zásuvky.

Pájka, tavidlo a čisticí prostředky

Používejte ochranu očí.

Pájka může „plivat“.

Kdykoli je to možné, používejte bezolovnaté a bezolovnaté pájky.

Udržujte čisticí rozpouštědla v dávkovacích lahvích.

Po pájení si vždy umyjte ruce mýdlem a vodou.

Pracujte v dobře větraných prostorách.

Dobře, pojďme do práce:

Čelo skříně bylo potištěno diodovými otvory v 0, 90, 180, 270 bodech je nakloněno o 10 stupňů ven. Otvory v 45, 135, 225, 315 bodech jsou rovné.

Umístěte všechny diody do čela skříně a ověřte velikost otvoru 5 mm. Těsné uložení zajistí, aby diody směřovaly do správného úhlu. Dlouhý vodič na diodě je anoda, ke každé diodě připájejte odpor 100 ohmů. Pájecí vodiče diody a rezistoru se uzavřou a ponechají dlouhý vodič na druhé straně rezistoru (viz fotografie). Před pokračováním vyzkoušejte každé kombo. Baterie AA a 2 testovací kabely diodu slabě osvětlí a ověří, zda máte správnou polaritu.

Umístěte kombo diody/rezistoru zpět do skříně a umístěte vodiče klikatým vzorem, aby se každý vodič rezistoru dotýkal dalšího rezistoru a vytvořil prsten. Pájejte všechny vývody. Namíchal bych nějaký J-B weld Plastic Bonder (https://www.amazon.com/J-B-Weld-50133-Tan-1-Pack) a na místě epoxidoval kombinaci dioda/rezistor. Uvažoval jsem o super lepidle, ale nebyl jsem si jistý, zda kyanoakrylát zamlžuje diodu. Udělal jsem to na konci celého mého pájení, ale přál bych si, abych to udělal tady, abych snížil frustraci, když diody během pájení nedrží na svém místě. Epoxid se vytvoří asi za 15 minut, takže je to dobré místo pro přestávku.

Nyní lze všechny katodové vývody pájet dohromady a vytvořit tak - nebo zemnící prstenec. Přidejte do svého diodového prstence červené a černé vodiče o průměru 18. Vyzkoušejte dokončené pole pomocí 5voltového napájecího zdroje, USB nabíječka k tomu dobře funguje.

Krok 6: Zapojení/posílení zapojení

Před zapojením převodníku Buck budeme muset nastavit výstupní napětí. Vzhledem k tomu, že používáme PDP k napájení 12 voltů, připojil jsem je přímo k portu PDP, taveného při 5 ampérech. Připněte voltmetr na výstup desky a začněte otáčet potenciometrem. Bude to trvat několik otáček, než uvidíte změnu, protože deska je továrně testována na plný výkon a poté ponechána při tomto nastavení. Nastavte na 5,15 voltů. Nastavujeme několik milivoltů vysoko, aby odpovídalo tomu, co Pi očekává od USB nabíječky a jakéhokoli načítání linky z pole ventilátorů a diod. (Během počátečního testování jsme viděli nepříjemné zprávy od Pi, které si stěžovaly na nízké napětí sběrnice. Internetové vyhledávání nám poskytlo informaci, že Pi očekává více než 5,0 V, protože většina nabíječek vydává o něco více a typický napájecí zdroj pro Pi je USB nabíječka.)

Dále musíme připravit případ:

Konvertor dolaru a Pi jsou drženy pomocí 4-40 strojních šroubů. Vrták #43 je ideální pro vytváření přesných otvorů pro lepení 4–40 závitů. Přidržte převaděč Pi a Buck na patách, označte a poté vrtejte vrtákem #43. Výška podpěr umožňuje dostatečnou hloubku kopru, aniž byste museli zcela projít zády. Klepněte na otvory slepým klepnutím 4-40. Samolepící šrouby používané v plastu by zde fungovaly dobře, ale měl jsem k dispozici 4-40 šroubů, takže jsem to použil. K povolení přístupu na kartu SD jsou potřeba šrouby (s tímto pouzdrem není poskytnut žádný externí přístup ke kartě).

Další otvor pro vrtání je pro váš napájecí kabel. Vybral jsem bod v dolním rohu, aby vedl externě po straně ethernetového kabelu a interně pod Pi a poté pod něj. Použil jsem stíněný 2vodičový kabel, který jsem měl po ruce, jakýkoli pár vodičů 14 bude fungovat. Pokud používáte pár neopláštěných vodičů, naneste na vodič 1 až 2 vrstvy tepelně smrštitelného materiálu, který vstupuje do vaší skříně, aby byla zajištěna ochrana a odlehčení tahu. Velikost otvoru je určena výběrem drátu.

Nyní můžete vodiče připájet ke vstupním linkám na převodníku DC-DC. Připojení jsou označena na desce. Červený vodič do vstupu+ Černý vodič do vstupu. Když jsem vyšel z desky, připájel jsem 2 krátké holé dráty, aby fungovaly jako drátěný sloupek pro připojení ventilátoru, Pi a tranzistoru.

Krok 7: Konečné zapojení a epoxid

K Pi jsou provedena pouze 4 připojení. Plochý kabel uzemnění, napájení, ovládání LED a rozhraní kamery.

3 kolíky použité na Pi jsou 2, 6 a 12.

Odřízněte červený, černobílý drát na 4 palce. Odizolujte izolaci 3/8 palce na obou koncích vodičů, cínových koncích vodičů a cínových kolících na Pi.

• Pájecí červený vodič ke kolíku GPIO 2 skluz 1/2 palce smršťovací bužírky aplikujte teplo.
• Pájecí černý drát na GPIO pin 6 skluzu 1/2 palce smršťovací bužírky aplikujte teplo.
• Pájecí bílý vodič na GPIO pin 12 skluzu 1/2 palce smršťovací bužírky aplikujte teplo.
• Pájecí červený vodič k vytažení+
• Pájecí černý drát k vytažení-
• Přidejte 1 palcový tepelný smršťovač na bílý vodič a pájku na odpor 100 ohmů a z rezistoru na základnu tranzistoru. Izolujte smršťováním.
• Tranzistorový vysílač do Bucku -
• Tranzistorový kolektor na katodové straně diodového pole
• Anoda/odpor diodového pole na Buck +
• Propojte červený drát+
• Propojte černý drát ventilátoru-

Poslední připojení:

Zasuňte kabel rozhraní kamery. Kabelové připojení používá konektor zif (nulová vkládací síla). Černý proužek v horní části konektoru je třeba zvednout nahoru, kabel umístit do zásuvky a poté konektor zatlačit zpět dolů, aby se zajistil na místě. Dávejte pozor, abyste kabel neohýbali, protože by se mohla přetrhnout stopa v izolaci. Rovněž je třeba zasunout konektor rovně, aby byl vyrovnán plochý kabel s kolíky.

Zkontrolujte, zda vaše práce neobsahuje zbloudilé prameny drátu a pájecí špičky, zastřihněte nadbytečnou délku zpět na sloupky pájky.

Pokud jste se svou prací spokojeni, lze ventilátor a fotoaparát epoxidovat na místě. Stačí pár kapek v rozích.

Krok 8: Software

Během vytvrzování epoxidu nechte dostat software na kartu SD. k připojení k počítači budete potřebovat adaptér karty SD (https://www.amazon.com/Reader-Laptop-Windows-Chrom….

Jít do:

www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/ a stáhněte si Raspbian Buster Lite. K flashování SD karty pomocí raspbianu budete potřebovat další softwarový nástroj BalenaEtcher, který najdete zde, Epoxid by už měl být dostatečně vytvrzený, abyste mohli nainstalovat kartu SD a přišroubovat desku buck/boost. Před nasazením krytu zkontrolujte, zda žádné kabely nepřekáží krytu a kabel kamery se nedotýká lopatek ventilátoru. Jakmile je kryt na svém místě, fouknu na ventilátor a sleduji, jak se pohybuje, aby bylo zajištěno, že nedojde k rušení vodičů ani plochého kabelu.

Čas na zapnutí:

Při prvním zapnutí budete potřebovat kabel HDMI, v případě Pi 4 mini kabel HDMI, klávesnici USB a monitor HDMI spolu s připojením k internetu. Připojte k 12 V napájecímu zdroji, PDP s 5 A jističem.

Po přihlášení nejprve spustíte konfigurační nástroj. Zde je možné nastavit SSH spolu s povolením PI kamery. https://www.raspberrypi.org/documentation/configur… obsahuje pokyny, které vám pomohou.

Před instalací Chameleon Vision restartujte

Než použijete jejich software, navštivte jejich stránky, mají spoustu informací. Jedna poznámka, na jejich stránce podporovaného hardwaru je kamera Pi zobrazena jako nepodporovaná, ale je to s jejich nejnovější verzí. Webová stránka vyžaduje aktualizaci.

Z webové stránky Chameleon vision:

Chameleon Vision může běžet na většině operačních systémů dostupných pro Raspberry Pi. Doporučuje se však nainstalovat Rasbian Buster Lite, který je k dispozici zde https://www.raspberrypi.org/downloads/raspbian/. Podle pokynů nainstalujte Raspbian na kartu SD.

Zajistěte, aby byl Raspberry Pi připojen k internetu přes ethernet. Přihlaste se k Raspberry Pi (uživatelské jméno pi a heslo raspberry) a spusťte na terminálu následující příkazy:

$ wget https://git.io/JeDUk -O install.sh

$ chmod +x install.sh

$ sudo./install.sh

$ sudo nyní restartujte

Gratulujeme! Váš Raspberry Pi je nyní nastaven na spuštění Chameleon Vision! Jakmile se Raspberry Pi restartuje, lze Chameleon Vision spustit následujícím příkazem:

$ sudo java -jar chameleon -vision.jar

Po vydání nové verze Chameleon Vision ji aktualizujte spuštěním následujících příkazů:

$ wget https://git.io/JeDUL -O update.sh

$ chmod +x update.sh

$ sudo./update.sh

LED ovládání pole:

Bez ovládání softwaru se vaše pole LED nerozsvítí

První letošní robotika má pravidlo proti jasným LED diodám, ale umožní je, pokud je lze podle potřeby vypnout a zapnout. Colin Gideon "SpookyWoogin", FRC 3223, napsal skript Pythonu pro ovládání LED a ten najdete zde:

github.com/frc3223/RPi-GPIO-Flash

Tento systém také spustí vizi FRC, pokud váš tým do této platformy již investoval čas softwaru. S FRC vision je zobrazena kompletní karta SD, takže není třeba stahovat raspbian. Získejte jej zde

Získáte tak systém vidění v chladném provedení. Hodně štěstí v soutěžích!

Druhé místo v soutěži Raspberry Pi Contest 2020